Stejně jako u předchozích norem i zde je součástí postupu hodnocení deformace/porušení díry.
U všech vzorků probíhal stejný typ, tedy postupné otlačení a deformace části díry, o kterou se šroub při zatížení opíral, bez vzniku výrazných lomů a trhlin. Dle tabulky obsažené v normě je označení tohoto typu porušení B1I.
Obrázek 73: Deformovaná oblast díry vzorku C2-PS s vyznačeným směrem působení síly při
tahové zkoušce
Obrázek 74: Detail deformované díry vzorku C2-PS s vyznačeným směrem působení síly při
tahové zkoušce
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
Napětí σu [MPa]
Poměrné prodloužení εu [-]
Závislost σu - εu (vzorky C-PS) - detail počáteční oblasti
C2-PS C3-PS C4-PS C5-PS C6-PS
80
3.5 Mikroskopické hodnocení vybraných vzorků
Pro ověření smáčivosti uhlíkových vláken epoxidovou pryskyřicí a pro zhodnocení kvality vzniklého mezifázového rozhraní bylo provedeno pozorování několika částí vzorku s využitím elektronové mikroskopie. Reprezentativním vzorkem byl zvolen vzorek s označením B3 ze kterého bylo pomocí nůžek a štípacích kleští odebráno několik malých vzorků jak z oblasti lomu, tak z oblasti nepoškozeného povrchu. Tyto vzorky byly po umístění na manipulační terčíky následně pokoveny vrstvou platiny o tloušťce 2 nm na kombinovaném naprašovacím přístroji Quorum Q15R ES pro zlepšení kvality pozorování. Dále následovalo již samotné pozorování na elektronovém mikroskopu Carl Zeiss ULTRA Plus.
Obrázek 75: Uhlíková vlákna v oblasti lomu
Obrázek 75 byl pořízen z oblasti lomové plochy a jsou na něm jasně patrná jednotlivá uhlíková vlákna, jež se od sebe při lomu oddělila. Ve žlutě vyznačené oblasti lze vidět trhlinu, jež vznikla v matrici mimo fázové rozhraní mezi vláknem a matricí. To naznačuje velmi dobrou vzájemnou soudržnost složek. Na obrázku 76 je poté vidět detail vláken pokrytých pryskyřicí, kde Je patrný křehký lom pryskyřice. Fázové rozhraní mezi pryskyřicí a vlákny je poměrně nevýrazné – matrice obaluje vlákno, což opět naznačuje velmi dobrou soudržnost.
81
Obrázek 76: Detail pokrytí uhlíkových vláken pryskyřicí
Obrázek 77: Zpřetrhaná vlákna částečně vytržená z matrice
Na obrázku 77 jsou vidět zpřetrhaná vlákna, jejichž konce byly při lomu vytrženy z matrice.
Následující obrázky (78 a 79) ukazují kvalitu povrchu vyrobených vzorků. Je zde vidět
82
množství povrchových pórů, jejichž příčinou byla pravděpodobně přítomnost vzduchových bublin v pryskyřici při laminaci. Rozměr těchto pórů je velice malý, v řádu desítek µm. Čtyři pravidelné otlačené plochy na obrázku 78 jsou stopy po upínacích čelistech trhacího stroje.
Obrázek 78: Hladká plocha povrchu s viditelnými póry a stopami po upínacích čelistech
Obrázek 79: Detail povrchových pórů
83
4 Výsledky a jejich diskuse
Pro finální přehled všech zjištěných výsledků poslouží následující tabulka, která shrnuje střední hodnoty a směrodatné odchylky základních mechanických vlastností pro všechny zkoušené typy vzorků.
Tabulka 17: Střední hodnoty a směrodatné odchylky základních mechanických vlastností vzorků s prázdnou dírou (A, B a C)
Vysvětlivky k tabulkám 14 a 15: σpp je pevnost do prvního výrazného porušení, σm je mez pevnosti, εm je poměrné prodloužení na mezi pevnosti a E je modul pružnosti v tahu.
A-S B-S C-S
Tabulka 18: Střední hodnoty a směrodatné odchylky základních mechanických vlastností vzorků s plnou dírou (A-S, B-S a C-S)
Vysvětlivky k tabulce 16: σu je únosnost při 2% deformaci, σum je maximální únosnost při deformaci do 4 mm (34%), εum je poměrné prodloužení na maximální únosnosti a EB je specifický modul pružnosti (angl. bearing chord stiffness).
84
Tabulka 19: Střední hodnoty a směrodatné odchylky základních mechanických vlastností vzorků s přeplátovaným šroubovým spojem (A-PS, B-PS a C-PS)
V případě vzorků s prázdnou dírou (A, B a C) vycházela pevnost v tahu do prvního výrazného porušení σpp nejlépe u vzorků C (6 vrstev tkaniny), se střední hodnotou 193 MPa. Rozdíl oproti tloušťkám A a B však nebyl tak výrazný (do 15%) a s přihlédnutím k rozptylu hodnot a velikosti směrodatné odchylky lze konstatovat, že pevnost σpp je u všech tří tlouštěk vzorků téměř shodná. V případě celkové mezi pevnosti v tahu naopak vyniká skupina vzorků A se střední hodnotou 254 MPa. Vzorky C mají mez pevnosti nižší o cca 13%, vzorky B pak o cca 25%. Jak již ale bylo zmíněno, pokud je celková mez pevnosti v tahu u tohoto typu kompozitů vyšší než pevnost při prvním porušení, není to pro návrh součástí v praxi příliš použitelná hodnota. V takovém případě se již totiž nachází v oblasti, kdy dochází k nekontrolovatelnému porušování vláken a dochází k dějům, které lze těžko předvídat. Modul pružnosti v tahu rostl s rostoucí tloušťkou vzorku, kde nárůst u vzorků B proti A byl cca 10% a nárůst u vzorků C proti A cca 55%.
Porovnáme-li výsledky vzorků s prázdnou dírou (A, B a C) se vzorky se šroubovým spojem (A-S, B-S a C-S) zjistíme, že u vzorků A-S a C-S došlo k mírnému nárůstu pevnosti v tahu do prvního porušení. Mezi vzorky A a A-S je nárůst o 15% a mezi C a C-S o 10%. Modul pružnosti v tahu též vzrostl, konkrétně o cca 30% u vzorků A-S a B-S. U vzorků C-S zůstal stejný. Nárůst modulu je též patrný na nižších hodnotách poměrného prodloužení na mezi pevnosti. Při pohledu na diagramy z tahové zkoušky (viz Graf 20) je vidět, že přítomnost šroubu s podložkami způsobila eliminaci prvotních, méně výrazných poklesů v pevnosti, a došlo tak k prodloužení a vyhlazení lineární části diagramu. To přisuzuji jednak tlakovému působení podložek a zároveň tomu, že šroub zabraňuje výrazným deformacím díry. Následný pokles pevnosti po dosažení σPP byl velmi výrazný a ve většině případů již nedošlo k jejímu dalšímu růstu. Proto je u většiny vzorků σPP shodné s celkovou mezí pevnosti σm.
85